本發(fā)明涉及一種用于借助于電弧熔絲堆焊來增材制造三維物體的方法，特別是通過逐層地熔化和凝固在其初始狀態(tài)下為金屬絲狀的建造材料。

背景技術(shù)：

1、用于增材制造三維物體的方法原則上由現(xiàn)有技術(shù)已知，其中使用了電弧熔絲堆焊來逐層地構(gòu)建物體。在這種方法中，借助于電弧來熔化金屬絲，從而在金屬絲的冷卻狀態(tài)下，在每一層中構(gòu)成要制造的三維物體的期望的橫截面。

2、如在所有增材制造方法中那樣，可能出現(xiàn)負(fù)面地影響構(gòu)件質(zhì)量（例如物體的機(jī)械特性）的工藝錯(cuò)誤或異常情況。例如，在構(gòu)件中可能出現(xiàn)裂縫或空隙，或者可能出現(xiàn)建造材料的氧化。為了防止這種情況，例如可以通過員工視覺地監(jiān)控物體的增材制造來監(jiān)控所述工藝。為了能夠在員工方面執(zhí)行視覺檢查，通常必須中斷制造工藝，從而員工能夠觀察所有相關(guān)的表面。此外應(yīng)考慮到，通過員工進(jìn)行的視覺檢查是對(duì)構(gòu)件質(zhì)量的主觀評(píng)估或評(píng)價(jià)。

3、由于通過員工進(jìn)行的視覺檢查以及工藝的中斷，一方面產(chǎn)生了人員成本，另一方面通過中斷和員工的主觀評(píng)估降低了工藝的自動(dòng)化。特別是，只有當(dāng)工藝錯(cuò)誤已經(jīng)明顯存在于物體中，從而員工能夠視覺識(shí)別這些工藝錯(cuò)誤時(shí)，才能識(shí)別工藝錯(cuò)誤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所基于的任務(wù)是，給出一種相比之下改善的用于借助于電弧熔絲堆焊來增材制造三維物體的方法，在該方法中特別是改善了對(duì)制造工藝的監(jiān)控。

2、這一任務(wù)通過按照權(quán)利要求1所述的方法來解決。從屬權(quán)利要求涉及可能的實(shí)施方式。

3、如所描述的那樣，本發(fā)明涉及一種用于借助于電弧熔絲堆焊來增材制造三維物體的方法，特別是通過逐層地熔化和凝固在其初始狀態(tài)下為金屬絲狀的建造材料。換句話說，金屬絲能夠以限定的進(jìn)給速率輸出并且借助于電弧熔化，以便在熔融的建造材料冷卻之后構(gòu)成三維物體的層。

4、本發(fā)明所基于的認(rèn)識(shí)是，在制造工藝期間借助于至少兩個(gè)不同的檢測裝置來檢測至少一個(gè)部分制造的三維物體的至少兩個(gè)不同的表面并且確定至少一個(gè)描述所述物體的建造質(zhì)量的建造質(zhì)量參數(shù)。有利地，按照本發(fā)明的方法允許監(jiān)控在增材制造工藝中部分制造的三維物體的不同表面、例如全部表面。例如，可以借助于不同的檢測裝置從不同的方向拍攝圖像，從而可以檢測正在制造的三維物體的各個(gè)表面或側(cè)面。這例如允許自動(dòng)地檢測，是否正確地實(shí)施了增材制造工藝，或者在制造時(shí)是否出現(xiàn)了必要時(shí)可以盡早修正或補(bǔ)救的工藝錯(cuò)誤或異常情況。

5、因此，與前面所描述的現(xiàn)有技術(shù)相比，不需要通過員工進(jìn)行可視監(jiān)控，而是所述至少兩個(gè)不同的檢測裝置可以自動(dòng)地監(jiān)控對(duì)構(gòu)件的質(zhì)量要求的遵守情況，并且必要時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)盡早識(shí)別工藝錯(cuò)誤或異常情況。為此，通過檢測裝置來檢測配屬于它們的物體表面并且基于檢測結(jié)果來確定描述所述物體的建造質(zhì)量的建造質(zhì)量參數(shù)。建造質(zhì)量例如可以通過如下方式來定義，即，物體是否無錯(cuò)誤地建造，或者在物體中、特別是當(dāng)前的或上一個(gè)制造的層中是否存在需要采取措施的錯(cuò)誤。如果建造質(zhì)量參數(shù)例如表明，充分滿足了物體的建造質(zhì)量，則可以繼續(xù)進(jìn)行增材制造工藝。相反地，如果建造質(zhì)量參數(shù)表明，存在至少一種涉及物體的建造質(zhì)量的影響，例如氧化、裂縫或空隙，則如下面所描述的那樣，可以采取措施，以便確保保持或達(dá)到物體的限定的建造質(zhì)量。

6、可以借助于定向不同的、特別是彼此成至少90°地定向的檢測裝置來確定用于物體的至少兩個(gè)表面、特別是所有表面的建造質(zhì)量參數(shù)。如所描述的那樣，可以設(shè)有至少兩個(gè)檢測裝置，這些檢測裝置從不同的方向檢測正在制造的物體。例如可以將檢測區(qū)域的中軸線的定向理解為檢測裝置的定向?？梢蕴峁┒鄠€(gè)檢測裝置，其定向或檢測方向彼此成90°地定向。特別是，可以給物體的每個(gè)側(cè)面或表面都分配一個(gè)自己的檢測裝置。例如，在結(jié)構(gòu)空間或建造體積基本為矩形或方形的情況下，可以在每個(gè)表面上布置一個(gè)檢測裝置。檢測裝置可以沿著建造體積的側(cè)表面的表面法線來定向。例如，可以借助于配屬于側(cè)表面的四個(gè)檢測裝置和配屬于頂表面的一個(gè)檢測裝置來執(zhí)行所述方法。如果在表面中的一個(gè)上識(shí)別到缺陷或工藝錯(cuò)誤，則可以采取相應(yīng)的措施，以便消除或補(bǔ)救工藝錯(cuò)誤或減少工藝錯(cuò)誤的出現(xiàn)。

7、根據(jù)本方法的另一種設(shè)計(jì)方案，可以檢測在物體的至少一個(gè)表面中的至少一個(gè)缺陷，并且基于檢測到的缺陷來確定建造質(zhì)量參數(shù)。如已經(jīng)描述的那樣，建造質(zhì)量參數(shù)原則上可以描述物體的建造質(zhì)量。特別是，建造質(zhì)量參數(shù)可以表明在增材制造過程中是否已經(jīng)出現(xiàn)或正在出現(xiàn)缺陷。建造質(zhì)量參數(shù)例如可以表明，缺陷出現(xiàn)在哪里，或者說出現(xiàn)在物體的哪個(gè)側(cè)表面中。同樣地，建造質(zhì)量參數(shù)可以表明缺陷的質(zhì)量或類型，例如缺陷是否可以被修正、是否需要采取措施或者是否會(huì)導(dǎo)致建造過程的中斷。

8、原則上，建造質(zhì)量參數(shù)可以基于通過大量檢測裝置或者說多個(gè)檢測裝置檢測到的原始數(shù)據(jù)來確定。根據(jù)所述方法的一種設(shè)計(jì)方案，可以基于通過檢測算法、特別是人工智能（“ai”）和/或計(jì)算機(jī)視覺和/或模式識(shí)別檢測到的至少一個(gè)缺陷來確定建造質(zhì)量參數(shù)。所描述的檢測算法例如可以應(yīng)用于借助于多個(gè)檢測裝置檢測到的圖像數(shù)據(jù)。原則上，檢測算法可以用于確定，在拍攝的或檢測到的圖像數(shù)據(jù)中在物體的相應(yīng)表面中是否存在缺陷。

9、例如，可以使用借助于檢測裝置檢測到的原始數(shù)據(jù)或圖像數(shù)據(jù)作為用于檢測算法的輸入數(shù)據(jù)。隨后，檢測算法檢測，在拍攝的圖像數(shù)據(jù)中是否存在缺陷。如果不存在缺陷，則可以輸出建造質(zhì)量參數(shù)作為輸出，該建造質(zhì)量參數(shù)表明正在制造的物體的建造質(zhì)量足夠好。如果識(shí)別到缺陷，則可以輸出相應(yīng)的建造質(zhì)量參數(shù)。隨后，如還要在下面描述的那樣，可以采取措施解決由于缺陷導(dǎo)致的建造質(zhì)量下降問題。

10、在最簡單的情況下，除了通過檢測裝置記錄的原始數(shù)據(jù)，還可以給檢測算法輸送用于各個(gè)表面或者說在表面處的表面結(jié)構(gòu)的目標(biāo)狀態(tài)，從而所述算法可以確定與目標(biāo)狀態(tài)的偏差，例如是否存在缺陷。這例如可以借助人工智能、計(jì)算機(jī)視覺或模式識(shí)別來執(zhí)行。例如，可以將能配屬于缺陷的相應(yīng)模式輸送給檢測算法，該檢測算法可以檢測相對(duì)于目標(biāo)狀態(tài)的缺陷并且因此輸出正確的建造質(zhì)量參數(shù)。

11、換句話說，可以基于所檢測的表面與目標(biāo)狀態(tài)的偏差來檢測所述至少一個(gè)缺陷。為此，特別是可能的是，將表面的目標(biāo)狀態(tài)輸送給檢測算法，例如表面在其理想狀態(tài)下應(yīng)呈現(xiàn)哪種形狀。隨后，檢測算法接著可以基于目標(biāo)狀態(tài)與由檢測裝置或負(fù)責(zé)所檢測的表面的檢測裝置所記錄的原始數(shù)據(jù)的比較。

12、在實(shí)施檢測算法之前可以事先有一個(gè)學(xué)習(xí)過程，或者說可以為檢測算法事先教授模式錯(cuò)誤。例如，可以標(biāo)記常見的或預(yù)期的缺陷，即將其分類地輸送給檢測算法，從而檢測算法隨后可以獨(dú)立地檢測和識(shí)別這些缺陷。在此，除了教授檢測算法，還可以設(shè)有持續(xù)進(jìn)行的學(xué)習(xí)過程，例如，在無法明確地檢測與目標(biāo)狀態(tài)的偏差的情況下輸出相應(yīng)的反饋。通過相應(yīng)輸入這種模棱兩可的檢測是否是缺陷，可以不斷改進(jìn)檢測算法。

13、所描述的檢測算法原則上可以應(yīng)用于全部原始數(shù)據(jù)，如前面所描述的，可以為物體的每個(gè)表面或建造體積的每個(gè)側(cè)面彼此獨(dú)立地檢測這些原始數(shù)據(jù)。由此，特別是可能的是，在不中斷制造工藝的情況下自動(dòng)地執(zhí)行建造質(zhì)量參數(shù)的檢測和輸出。

14、如前面所描述的，可以根據(jù)特定的建造質(zhì)量參數(shù)采取不同的措施，以便繼續(xù)進(jìn)一步的制造工藝。一種可能性在于，根據(jù)建造質(zhì)量參數(shù)來調(diào)整至少一個(gè)工藝參數(shù)。原則上，可以將在增材制造過程中的任何可變參數(shù)理解為或調(diào)整為工藝參數(shù)。例如可以影響在制造工藝中使用的工藝氣體的氣體流量，這意味著特別是流動(dòng)速度或體積流量。另一種可能性在于，在增材制造過程中調(diào)整所謂的軌跡規(guī)劃。例如將軌跡規(guī)劃理解為，在增材制造過程中選擇性地在哪些位置和以何種順序給某一層涂覆材料，或者說如何實(shí)施或選擇加工頭的運(yùn)動(dòng)速度。另一種可能性在于，調(diào)整金屬絲進(jìn)給速率或者說加工頭的進(jìn)給速率。由此，特別是可以設(shè)定，在哪些位置處多么快地涂覆建造材料。

15、此外，可以改變等待時(shí)間或者說冷卻時(shí)間和工藝溫度，例如以便在將來防止或減少各種工藝錯(cuò)誤。另一可能性可以規(guī)定，調(diào)整構(gòu)件特性，例如根據(jù)構(gòu)件特性來改變構(gòu)件的幾何參數(shù)或至少一個(gè)工藝參數(shù)。如果例如可以通過檢測裝置中的一個(gè)檢測裝置的檢測而檢測到，焊縫實(shí)施得比其在目標(biāo)狀態(tài)下所限定的較低，則可以由此確定，工藝溫度過高。在這種情況下，為了改善建造質(zhì)量，可以散發(fā)更多的熱量，或者說計(jì)劃在兩個(gè)層之間更長的等待時(shí)間，以便提高散發(fā)的熱量并降低溫度。

16、根據(jù)所述方法的另一種設(shè)計(jì)方案可以規(guī)定，根據(jù)建造質(zhì)量參數(shù)來執(zhí)行建造過程的中止或特定缺陷的修正。例如，如果建造質(zhì)量參數(shù)表明了工藝錯(cuò)誤或缺陷是如此嚴(yán)重，以至于無法在制造過程的進(jìn)一步進(jìn)程中修正該缺陷，則可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地中止建造過程。如果建造質(zhì)量參數(shù)表明，可以執(zhí)行特定的缺陷的修正，則隨后可以執(zhí)行所述修正。于是，原則上存在補(bǔ)救或修繕檢測到的缺陷的可能性。

17、為了修正特定的缺陷，可以在至少一個(gè)后續(xù)的層中（特別是在改變至少一個(gè)工藝參數(shù)的情況下）執(zhí)行對(duì)缺陷的補(bǔ)救，和/或可以實(shí)施去除具有所述缺陷的至少一個(gè)層，并且（特別是在改變至少一個(gè)工藝參數(shù)的情況下）涂覆一個(gè)新的層。因此，根據(jù)某一建造質(zhì)量參數(shù)，例如在工藝錯(cuò)誤輕微的情況下，可以執(zhí)行工藝參數(shù)的調(diào)整，從而已出現(xiàn)的工藝錯(cuò)誤在后續(xù)的層中不再出現(xiàn)或者說可以被補(bǔ)救。

18、與此相對(duì)地，如果例如出現(xiàn)了更嚴(yán)重的工藝錯(cuò)誤，則可以通過去除具有缺陷的層并涂覆一個(gè)新的層來修正該工藝錯(cuò)誤。為此，（例如借助于銑削）去除具有缺陷的層。隨后，為了防止該缺陷重新出現(xiàn)在新涂覆的層中，可以改變至少一個(gè)工藝參數(shù)。然后，可以用新的一組工藝參數(shù)來涂覆新的層，從而防止缺陷重新出現(xiàn)。在其上實(shí)施所述方法的設(shè)備例如可以具有一個(gè)用于工具更換的裝置，通過該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)更換到去除裝置，例如銑頭。替代地，可以附加地設(shè)有相應(yīng)的工具。

19、如前面所描述的，原則上可以使用任何合適的檢測裝置來檢測物體的表面。根據(jù)一種具體的設(shè)計(jì)方案，可以借助于ccd和/或cmos和/或熱圖像（特別是基于顏色和/或基于溫度和/或基于深度信息）來檢測所述物體的至少兩個(gè)不同的表面。在此，不同檢測裝置的基本組合同樣是可能的。特別是，可以將至少兩個(gè)基于不同檢測機(jī)制的不同檢測裝置分配給同一表面。原則上同樣可能的是，將帶有不同機(jī)制的不同檢測裝置分配給不同的表面。

20、除了所述方法之外，本發(fā)明涉及一種用于借助于電弧熔絲堆焊來增材制造三維物體的設(shè)備，特別是通過逐層地熔化和凝固在其初始狀態(tài)下為金屬絲狀的建造材料，所述設(shè)備包括帶有至少兩個(gè)定向不同的檢測裝置的檢測設(shè)備，所述檢測裝置被構(gòu)造用于在制造工藝期間檢測至少一個(gè)部分制造的三維物體的至少兩個(gè)不同的表面，其中，所述檢測設(shè)備被構(gòu)造用于確定至少一個(gè)描述所述物體的建造質(zhì)量的建造質(zhì)量參數(shù)。

21、因此，檢測設(shè)備包括大量檢測裝置或者說至少兩個(gè)檢測裝置，這些檢測裝置可以配屬于物體的不同表面，即建造體積的不同側(cè)面。由此可能的是，在物體的不同表面中同時(shí)檢測出現(xiàn)的工藝錯(cuò)誤并且確定建造質(zhì)量參數(shù)。為了確定建造質(zhì)量參數(shù)，所述設(shè)備例如可以具有單獨(dú)的控制裝置，或者檢測設(shè)備可以具有在其上可以實(shí)施前面所描述的檢測算法的控制裝置，例如處理器。

22、關(guān)于所述方法所描述的全部優(yōu)點(diǎn)、細(xì)節(jié)、實(shí)施方式和/或特征能完全轉(zhuǎn)移到所述設(shè)備上，并且反之亦然。